Стоит посмотреть на излом белого известняка и можно увидеть массу спиралевидных раковин. Не осталось следа от множества видов животных, живших в последующие периоды, а моллюски, обладающие спиральными раковинами того самого типа, который в виде отпечатков сохранился в известковых отложениях, живут и по сей день.
Но вернемся к цементу.
Итак, перед конструкторами стояла задача -- и мелкие, и крупные частицы материала нужно заставить двигаться в одном направлении независимо от скорости потока газов. И тут у разработчика возникла мысль создать спираль, чтобы цементная сырьевая мука пошла спиральным тонким слоем, который горячий газ легко нагреет до нужной температуры. Если горячий газ вместе с сырьевой мукой впустить по касательной в реактор, имеющий цилиндрическую форму, он образует вихрь, в котором и крупные и мелкие частицы под действием центробежной силы отбросятся к стенкам реактора и завьются веревочкой.
А чтобы продлить время пребывания частиц во вращающемся потоке, решили сделать реактор по типу "конус в конусе". Спираль в спирали. Циклонный аппарат обрел новое качество -- время пребывания в нем материала удвоилось. Остальное -- дело техники. Проработали несколько эскизов, составили алгоритм, зарядили ЭВМ -- и вот точные данные на любой случай жизни. Огромные аппараты построены на заводе, установлены и уже дают цемент.
Несмотря на то что спирали Архимеда известны более двух тысяч лет, не каждый конструктор сразу сообразит, где и как они могут заменить другие устройства. Всякий раз это муки творчества. Вот пример: многие десятки лет специалисты по холодильной технике считали, что для производства холода как минимум необходим хладагент -- аммиак или фреон. Без промежуточной фазы -теплоносителя -- можно лишь нагреть, допустим, воздух. Взять обычный вентилятор, кстати, тоже своеобразное ассорти из ротора и улитки (и то и другое -- производные от спирали Архимеда), затем от нагнетательного патрубка до всасывающего провести воздуховод и включить мотор. Воздух начнет циркулировать по замкнутому контуру и нагреется. Почти вся мощность, подведенная к электродвигателю, превратится в тепло. Ведь воздух испытывает сильное трение о лопасти ротора, улитку, трубу и сам о себя. Такой способ нагрева воздуха трением в роторе и улитке изобретен в нашей стране и вот уже несколько лет применяется в сушильных камерах и печах. Печи аэродинамического подогрева (ПАП) могут греть и сушить все, что угодно,-- от металлических деталей до валенок.
Итак, спирали могут нагреть воздух. Доктор технических наук заслуженный изобретатель РСФСР профессор М. Г. Дубинский изобрел вакуум-насос, основным рабочим органом которого была улитка с вихревой трубкой. Трубка заменяла вращающийся ротор, ранее применявшийся для подобных целей. В ту пору М. Г. Дубинский был рядовым инженером и проводил эксперименты, что называется, "от" и "до" (довод в пользу того, чтобы молодые специалисты не чурались черновой работы). Вакуум-насос у Дубинского получился замечательный: ни одной вращающейся детали, предельно компактный, производительный и эффективный.
Есть два отряда изобретателей: одни, добившись эффекта, охотно отдают свое детище в чужие руки, с радостью избавляясь от успевшей надоесть темы, и берутся за новые разработки. Другие и после достижения эффекта продолжают исследования. Это изобретатели-ученые. Им важно знать не только, как работает аппарат, но и почему! Приходилось ли вам наблюдать, как при сливе воды из ванны образуется воронка? Это прекрасная модель вихревого эффекта. У края ванны окружная скорость воды равна почти нулю, по мере приближения к центру она возрастает. Это видно по движению мыльной пены. Наконец, скорость воды в центре возрастает настолько, что давление воды начинает заметно падать. Ведь согласно уравнению Д. Бернулли чем выше скорость, тем меньше статическое давление в данной точке. Вот давление упало настолько, что в воде образовалась воронка. Значит, скорость возросла до максимума, а давление упало до минимума. Температура там тоже минимальная. Войдя в улитку, поток воздуха имел большой запас тепловой энергии, а затем по мере продвижения к центру он преобразовался в кинетическую энергию. В вихревом холодильнике температура минус 100--150°, а ведь в обычном холодильнике температуру ниже минус 80° получить невозможно.
Есть что-то завораживающее в вычерчивании спиральных линий. Конструктор, сумев один раз применить улитку в новом качестве, влюбляется в ее величество спираль на всю жизнь. Другое дело -- куда и как ее приспособить.
...Всю ночь кузнец Галеццо де Рубес склепывал между собой разрезанные кольца. Получилась длинная, как стружка от токарного станка, витая лента. Под утро он надел ее на вал и растянул вдоль него так, что получилась цилиндрическая спираль. Потом Галеццо обтянул ее сверху кожей и один конец этой хитрой трубы опустил в воду. "Получится или не получится? -- лихорадочно думал он.-- Вроде бы все предусмотрено". Галеццо принялся вращать трубу и... чудо! Переливаясь с витка на виток, вода пошла вверх; Вверх! "Прекрасно! Прекрасно!-- приговаривал Галеццо.-- Остался сущий пустяк! Воду нужно отправить в бак, из бака вода устремится вниз, будет крутить мельничное колесо". Кузнец как одержимый бегал с ведром и заполнял бак. Колесо вращало насос, который поднимал воду в бак, но... вода почему-то быстро иссякала. Галеццо доливал, но бесполезно.
В 1550 г. знаменитый итальянский механик Джероламо Кардано об этом писал: "И первое изобретение этого рода есть винт Архимеда, который Диодор Сицилийский дважды упоминает в древней истории, говоря, что Египет был осушен с помощью этого, изобретенного Архимедом винта... Однако Галеццо де Рубес, один из наших сограждан, обезумел от радости, полагая, что он явился первым изобретателем этого механизма, который был давно известен. Мы видели, как он привел в движение мельницу и вскоре потерял рассудок".
Изобретателю нельзя жить без здорового оптимизма. Если он не уверен в своей правоте, где ему взять силы на все новые и новые эксперименты. Однако горе, если оптимизм этот безграничен. Приняв какую-либо гипотезу за "рабочую", оптимист приступит к подбору фактов. Подтверждающие гипотезу приобщаются, а отрицающие-- отбрасываются. Вот случай, происшедший с одним крупным математиком. "Если,-- писал он в своей статье,-- выпускать из резервуара воду при помощи отверстия на дне его, то образуется (над отверстием) воронкообразный вихрь, который в северном полушарии вращается в сторону, обратную движению часовой стрелки; в южном полушарии вращение -- в обратную сторону. Каждый читатель сам может проверить справедливость сказанного, выпуская воду из ванны. Чтобы лучше заметить направление вращения вихревой воронки, можно бросить на нее маленькие обрывки бумаги. Получается эффектный опыт, доказывающий вращение Земли, произведенный самыми простыми средствами в домашней обстановке". Далее ученый переходит к практическим выводам и предлагает в соответствии со своими наблюдениями изменить конструкцию гидротурбин в зависимости от того, в каком полушарии они установлены.
И что же? Читатели откликнулись. Сотни ванновладельцев стали изучать направление движения потоков сливающихся жидкостей. Результат: одна половина добровольных исследователей отметила, что поток завихряется влево, а другая половина -- вправо. Оказывается, все дело не в том, в каком полушарии проводится опыт, а в том, имеются или нет заусенцы в сливном отверстии. Они-то и являются направляющими для потока. И никакую теорию тут не применить. Хотя, как сказал мне однажды инженер-наладчик Дмитрий Иванович Черепанов, "находясь в ванне, наблюдай!". Используя принцип ванной воронки, он придумал центробежный сепаратор пароводяной смеси. Проходя через несколько установленных ярусом улиток, смесь расслаивается. Вода как более тяжелая отбрасывается к стенкам, а пар пузырьками всплывает. Остается только сухой пар пустить в дело, а воду слить обратно в котел. Такие сепараторы хороши и в качестве конденсатоотводчиков, осушителей, конденсаторов жидкости, в качестве деаэраторов, необходимых для удаления из воды вредно влияющих на металл котлов кислорода и углекислого газа.
